Le télescope unitaire 4 (Yepun) du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO a maintenant été transformé en un télescope entièrement adaptatif. Après plus d'une décennie de planification, construction et essais, la nouvelle installation d'optique adaptative (AOF) a vu le jour avec l'instrument MUSE, capturer des vues étonnamment nettes des nébuleuses planétaires et des galaxies. Le couplage de l'AOF et de MUSE constitue l'un des systèmes technologiques les plus avancés et les plus puissants jamais construits pour l'astronomie au sol.

L'Adaptive Optics Facility (AOF) est un projet à long terme sur le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO pour fournir un système d'optique adaptative pour les instruments du Unit Telescope 4 (UT4), dont le premier est MUSE (l'explorateur spectroscopique à unités multiples). L'optique adaptative fonctionne pour compenser l'effet de flou de l'atmosphère terrestre, permettant à MUSE d'obtenir des images beaucoup plus nettes et d'obtenir un contraste deux fois plus élevé qu'auparavant. MUSE peut désormais étudier des objets encore plus faibles dans l'Univers.

"Maintenant, même lorsque les conditions météorologiques ne sont pas parfaites, les astronomes peuvent toujours obtenir une superbe qualité d'image grâce à l'AOF, " explique Harald Kuntschner, Scientifique de projet AOF à l'ESO.

Suite à une batterie de tests sur le nouveau système, l'équipe d'astronomes et d'ingénieurs a été récompensée par une série d'images spectaculaires. Les astronomes ont pu observer les nébuleuses planétaires IC 4406, situé dans la constellation du Lupus (Le Loup), et NGC 6369, situé dans la constellation d'Ophiuchus (le porteur de serpent). Les observations MUSE utilisant l'AOF ont montré des améliorations spectaculaires de la netteté des images, révélant des structures de coque jamais vues auparavant dans IC 4406.

L'AOF, qui a rendu possible ces observations, est composé de plusieurs parties travaillant ensemble. Ils comprennent le Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) et le miroir secondaire déformable très fin d'UT4. Le 4LGSF projette quatre faisceaux laser de 22 watts dans le ciel pour faire briller les atomes de sodium dans la haute atmosphère, produisant des taches de lumière sur le ciel qui imitent les étoiles. Les capteurs du module d'optique adaptative GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) utilisent ces étoiles guides artificielles pour déterminer les conditions atmosphériques.

Mille fois par seconde, le système AOF calcule la correction à appliquer pour modifier la forme du miroir secondaire déformable du télescope pour compenser les perturbations atmosphériques. En particulier, GALACSI corrige les turbulences dans la couche d'atmosphère jusqu'à un kilomètre au-dessus du télescope. Selon les conditions, la turbulence atmosphérique peut varier avec l'altitude, mais des études ont montré que la majorité des perturbations atmosphériques se produisent dans cette "couche terrestre" de l'atmosphère.

"Le système AOF équivaut essentiellement à élever le VLT environ 900 mètres plus haut dans les airs, au-dessus de la couche la plus turbulente de l'atmosphère, " explique Robin Arsenault, Chef de projet AOF. "Autrefois, si nous voulions des images plus nettes, nous aurions dû trouver un meilleur site ou utiliser un télescope spatial, mais maintenant avec l'AOF, nous pouvons créer de bien meilleures conditions là où nous sommes, pour une fraction du prix!"

Les corrections appliquées par l'AOF améliorent rapidement et en continu la qualité de l'image en concentrant la lumière pour former des images plus nettes, permettant à MUSE de résoudre des détails plus fins et de détecter des étoiles plus faibles qu'auparavant. GALACSI fournit actuellement une correction sur un large champ de vision, mais ce n'est que la première étape pour amener l'optique adaptative à MUSE. Un deuxième mode de GALACSI est en préparation et devrait voir le jour début 2018. Ce mode champ étroit corrigera les turbulences à n'importe quelle altitude, permettant d'effectuer des observations de champs de vision plus petits avec une résolution encore plus élevée.

« Il y a seize ans, lorsque nous avons proposé de construire l'instrument révolutionnaire MUSE, notre vision était de le coupler avec un autre système très avancé, l'AOF, " dit Roland Bacon, chef de projet pour MUSE. "Le potentiel de découverte de MUSE, déjà grand, est maintenant encore amélioré. Notre rêve devient réalité."

L'un des principaux objectifs scientifiques du système est d'observer des objets faibles dans l'Univers lointain avec la meilleure qualité d'image possible, ce qui nécessitera des expositions de plusieurs heures. Joël Vernet, Scientifique du projet ESO MUSE et GALACSI, commente :« En particulier, nous sommes intéressés à observer le plus petit, galaxies les plus faibles aux plus grandes distances. Ce sont des galaxies en devenir – encore à leurs balbutiements – et sont essentielles pour comprendre comment les galaxies se forment. »

Par ailleurs, MUSE n'est pas le seul instrument qui bénéficiera de l'AOF. Dans le futur proche, un autre système d'optique adaptative appelé GRAAL viendra en ligne avec l'instrument infrarouge existant HAWK-I, affiner sa vision de l'Univers. Cela sera suivi plus tard par le nouvel instrument puissant ERIS.

« L'ESO pilote le développement de ces systèmes d'optique adaptative, et l'AOF est également un éclaireur pour le télescope extrêmement grand de l'ESO, " ajoute Arsenault. " Travailler sur l'AOF nous a outillés, scientifiques, ingénieurs et industriels, avec une expérience et une expertise inestimables que nous utiliserons désormais pour relever les défis de la construction de l'ELT. »